第十三章 水泥与应用课件

第十二章装饰水泥

通过对硅酸盐水泥较详细的阐述，以了解硅酸盐水泥熟料的矿物组成及对硬化水泥浆体结构、性能的影响，理解各通用水泥的技术要求、性质及应用范围，重点掌握白水泥和彩色水泥的生产、技术要求、性质以及在建筑装饰工程中的应用。

本章提要第十三章水泥与应用

所谓胶凝材料，即胶结料，是指在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固石状体，并胶结其他物料而且具有一定机械强度的物质。胶凝材料可分为有机和无机胶凝材料两大类，沥青和各种树脂属于有机胶凝材料，无机胶凝材料按硬化条件不同又可分为水硬性和非水硬性两种。第十三章水泥与应用

水泥是指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。它是各种类型水泥的总称。水泥的分类详见表12.1。白色水泥、彩色水泥以其良好的装饰性能应用于各种建筑装饰工程中，通常称其为装饰水泥。第十三章水泥与应用表12.1水泥的分类

类别定义主要品种按水泥的用途和性能分类通用水泥一般土木工程通常采用的水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥专用水泥专门用途的水泥如油井水泥、道路水泥、砌筑水泥等特性水泥某种性能比较突出的一类水泥快硬硅酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、白色和彩色硅酸盐水泥等第十三章水泥与应用类别定义主要品种按水泥的组成分类硅酸盐水泥系列(简称硅酸盐水泥)以硅酸盐矿物为主要成分通用水泥及大部分专用水泥、特性水泥铝酸盐水泥系列以铝酸盐矿物为主要成分铝酸盐膨胀水泥、铝酸盐自应力水泥、铝酸盐耐火水泥等氟铝酸盐水泥系列以氟铝酸盐矿物为主要成分快凝快硬氟铝酸盐水泥、型砂水泥、锚固水泥等第十三章水泥与应用类别定义主要品种按水泥的组成分类硫铝酸盐水泥系列以硫铝酸盐矿物为主要成分快硬硫铝酸盐水泥型砂水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、低碱硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥系列以铁铝酸盐矿物为主要成分快硬、高强、膨胀、自应力铁铝酸盐水泥等其他以氟铝酸盐矿物为主要成分耐酸水泥、氧化镁水泥、生态水泥、少熟料和无熟料水泥等第十三章水泥与应用12.1通用水泥12.2白水泥与彩色水泥第十三章水泥与应用4.1通用水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥分两种：不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，用代号P·Ⅰ表示；在硅酸盐水泥粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣的称Ⅱ型硅酸盐水泥，用代号P·Ⅱ表示。

12.1.1硅酸盐水泥12.1.1.1硅酸盐水泥的定义与代号第十三章水泥与应用（1）硅酸盐水泥熟料

凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结物，称硅酸盐水泥熟料，简称熟料。（2）混合材料混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以提高水泥产量，降低水泥生产成本，增加水泥品种，改善水泥性能的矿物质材料，如粒化高炉矿渣、石灰石、粉煤灰、火山灰质混合材料等。

12.1.1.2组成材料第十三章水泥与应用

粒化高炉矿渣是高炉冶炼生铁所得以硅酸钙和铝酸钙为主要成分的熔融物经急速冷却成粒后的产品。石灰石为水泥工业原料，在水泥中掺入少量石灰石可以起到混合材料的作用。火山灰质混合材料是指天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质材料。第十三章水泥与应用

粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集的粉尘。（3）石膏

石膏是用作调节水泥的凝结时间的组分。可用天然石膏，也可以用工业副产品石膏。

第十三章水泥与应用

生产硅酸盐水泥的主要原料有石灰质原料、粘土质原料，有时加入少量铁矿粉等。将各种原料经破碎后按比例配合、磨细并调配成为成分合适、质量均匀的生料，称生料的制备；生料在水泥窑内煅烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅烧；12.1.1.3硅酸盐水泥的生产第十三章水泥与应用

熟料加适量石膏、混合材料共同磨细成粉状的水泥，并包装或散装出厂，称为水泥制成及出厂。生料制备的主要工序是生料粉磨，水泥制成及出厂的主要工序是水泥的粉磨，因此，亦可将水泥的生产过程概括为“两磨一烧”。其生产工艺流程如图12.1所示。第十三章水泥与应用图12.1硅酸盐水泥生产过程示意图

第十三章水泥与应用

熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成，总量在95%以上，它们经一系列复杂的物理化学反应形成熟料矿物。硅酸盐水泥熟料的主要矿物有以下四种：（1）硅酸三钙3CaO·SiO2，简写成C3S，含量37%~60%；（2）硅酸二钙2CaO·SiO2，简写成C2S，含量15%~37%；

12.1.1.4硅酸盐水泥熟料的矿物组成第十三章水泥与应用

（3）铝酸三钙3CaO·Al2O3，简写成C3A，含量7%~15%；（4）铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写成C4AF，含量10%~18%。通常熟料中硅酸三钙、硅酸二钙的含量占75%左右，统称为硅酸盐矿物。铝酸三钙和铁铝酸四钙，含量占22%左右。熟料中四种主要矿物的性能见表4.2。第十三章水泥与应用表12.2四种熟料矿物的性能

性能熟料矿物水化速率28d水化热（J/g）强度抗硫酸盐性能C3S快多高（强度绝对值最高）较差C2S慢少早期低，后期高好C3A最快最多早期高，后期低（强度绝对值低）差C3AF快中较低好第十三章水泥与应用

凝结和硬化是同一过程中的不同阶段，凝结标志着水泥浆体失去流动性而具有一定的塑性强度，硬化则表示水泥浆体固化后形成的结构具有一定的机械强度。狭义讲，水泥水化是水泥凝结硬化的基础，水泥凝结硬化是水泥水化的必然结果；广义讲，水泥的水化是从水化开始到硬化的整个过程。

12.1.1.5硅酸盐水泥的水化、凝结硬化第十三章水泥与应用（1）硅酸盐水泥的水化

水泥水化的主要反应式可近似表示如下：

C3S、C2S与水反应生成水化硅酸钙和氢氧化钙：第十三章水泥与应用

在CaO饱和液下且温度较高时，C3A与水反应形成水化铝酸钙，反应式如下:

在水泥粉磨时都需掺入适量的石膏以延缓水泥的凝结时间防止急凝的发生。其反应式如下：

第十三章水泥与应用（2）硅酸盐水泥的凝结硬化

当水泥与水接触后，水泥颗粒表面开始水化，生成可溶性水化产物立即溶于水中，水泥颗粒内部未水化的水泥继续反应，直至溶液达到饱和。当溶液浓度达到较高的过饱和度时，水化产物沉淀为胶体颗粒，或由水化反应直接生成胶体析出。随水化产物逐渐沉淀凝聚，水泥浆体逐渐失去流动性和可塑性而凝结。第十三章水泥与应用

硅酸盐水泥的技术指标主要有不溶物、烧失量、细度、凝结时间、安定性、氧化镁、三氧化硫、碱及强度指标共9项。硅酸盐水泥的技术指标见表12.3、表12.4。（1）强度水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能承受的外力。

12.1.1.6硅酸盐水泥的技术要求和性质第十三章水泥与应用表12.3硅酸盐水泥化学物理指标（依据GB175—1999）

序号项目指标P·IP·Ⅱ1不溶物（%）≤0.75≤1.502烧失量（%）≤3.0≤3.53细度(比表面积)(m2/kg)>3004凝结时间（min）初凝时间≥45终凝时间≤390第十三章水泥与应用序号项目指标P·IP·Ⅱ5安定性沸煮法检验合格雷氏夹膨胀（mm）≤56氧化镁（%）≤5.0水泥经压蒸安定性实验检验合格可放宽到6.07三氧化硫（%）≤3.58碱（Na2O+0.658K2O）≤0.6或协商指标第十三章水泥与应用表12.4硅酸盐水泥的强度指标（依据GB175—1999）

强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d283d2842.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.52352.54.07.052.5R2752.55.07.062.52862.55.08.062.5R3262.55.58.0第十三章水泥与应用

一般称3d或7d以前的强度为早期强度，28d及其后的强度称后期强度，也有将3个月以后的强度称为长期强度。由于水泥到28d时强度大部分已发挥出来，以后强度增大相当缓慢，所以通常用28d强度作为水泥质量的分级来划分不同的强度等级。硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。第十三章水泥与应用（2）细度

细度即水泥的粗细程度，通常以比表面积或筛余数表示。

（3）不溶物和烧失量

不溶物是指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶SiO2，其次是R2O3

水泥烧失量是指水泥在950～1000℃高温下煅烧失去的质量百分数。

第十三章水泥与应用（4）水泥体积安定性

水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称安定性。（5）水泥标准稠度和用水量

标准稠度是为了使水泥凝结时间、体积安定性的测定具有可比性所规定的水泥净浆的稠度。第十三章水泥与应用（6）凝结时间

水泥凝结时间是水泥从拌水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间，分初凝时间和终凝时间两种。

初凝时间是指水泥加水拌和到标准稠度净浆开始失去塑性的时间；

终凝时间是指水泥加水拌和直至标准稠度净浆完全失去塑性的时间。第十三章水泥与应用（7）碱

标准中规定水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。（8）密度、堆积密度

硅酸盐水泥的密度一般在3.1~3.2g/cm3之间，松散堆积密度一般在1000~1300kg/m3，紧密堆积密度一般在1500~1900kg/m3

。（9）水化热

水泥在水化过程中放出的热为水泥的水化热第十三章水泥与应用

对于水泥耐久性有害的环境介质主要有淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。在环境介质的侵蚀作用下，硬化的水泥结构会发生一系列物理化学变化，强度降低，甚至溃裂破坏。环境介质对硬化水泥浆体的侵蚀作用可分为三类，具体见表4.5。

12.1.1.7硅酸盐水泥的腐蚀及防止方法第十三章水泥与应用表12.5环境介质对硬化水泥浆体的侵蚀作用分类及特点类别侵蚀类型侵蚀特点第一类型侵蚀溶出性侵蚀（淡水侵蚀）由于水的浸析作用，使水泥中固相组成逐渐溶解并被水带走，使水泥石结构遭受破坏第二类型侵蚀离子交换侵蚀(包括碳酸、有机酸及无机酸侵蚀，镁盐侵蚀等)水泥石的组成与水介质发生了离子交换反应，其产物或者易溶解并被水所带走，或者是一些没有胶结能力的无定型物质，破坏了原有结构第三类型侵蚀硫酸盐侵蚀侵蚀性介质与水泥石互相作用并在水泥石内部气孔和毛细管内形成难溶的盐类，体积膨胀，使水泥石内部产生有害应力第十三章水泥与应用

根据环境介质对硬化水泥浆体的腐蚀特点，可以采取以下三方面措施防止腐蚀。①根据腐蚀环境特点，合理运用水泥品种。②通过各种途径提高水泥石的密实度，防止侵蚀性介质渗入。③在水泥石表面设耐蚀保护层，以隔离侵蚀介质与水泥石接触。

第十三章水泥与应用

（1）硅酸盐水泥早期强度高，凝结硬化快，水化热高，抗冻性好，适用于早期强度要求较高的工程及在低温下需要强度发展较快的工程。（2）硅酸盐水泥抗水性差，耐酸碱和硫酸盐类的化学侵蚀能力差，适用于一般地上工程和不受侵蚀性作用的地下工程以及不受水压作用的工程和无腐蚀性水中的受压工程。（3）硅酸盐水泥水化热较高，不适用于大体积混凝土工程。12.1.1.8硅酸盐水泥的性能及应用第十三章水泥与应用

除硅酸盐水泥（Ｐ·Ⅰ、Ｐ·Ⅱ）外，通用水泥还有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥六大类，它们同属于硅酸盐水泥系列，都是以熟料为主要组成，以石膏作缓凝剂。不同品种水泥之间的差别主要在于所掺加混合材料的种类和数量不同。12.1.2掺混合材料的硅酸盐水泥第十三章水泥与应用

混合材料主要是各种工业废渣及天然矿物质材料，掺入的目的主要有：生产不同品种的水泥，以便合理利用水泥，满足各项建设工程的需要；提高水泥产量，降低水泥生产成本，节约能源，达到提高经济效益的目的；有利于改善水泥的性能，如改善水泥的安定性，降低水泥水化热，提高混凝土的抗蚀能力等；综合利用工业废渣，减少环境污染，实现水泥工业生态化。第十三章水泥与应用（1）普通硅酸盐水泥（根据GB175—1999）

凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号Ｐ·Ｏ。掺入活性混和材料时，最大掺入量不得超过15%。12.1.2.1定义与代码第十三章水泥与应用（2）矿渣硅酸盐水泥(根据GB1344—1999)

凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号P·S。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%~70%。

第十三章水泥与应用（3）火山灰质硅酸盐水泥(根据GB1344—1999)

凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P·P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20%~50%。第十三章水泥与应用（4）粉煤灰硅酸盐水泥(根据GB1344—1999)

凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P·F。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为20%~40%。

第十三章水泥与应用（5）复合硅酸盐水泥（根据GB12958—1999）

凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P·C。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于15%，但不超过50%。水泥中允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。第十三章水泥与应用（6）石灰石硅酸盐水泥（根据JC600）

凡由硅酸盐水泥熟料和石灰石、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为石灰石硅酸盐水泥，代号P·L。水泥中石灰石掺加量按质量百分比计应大于10%，不超过25%。第十三章水泥与应用

普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥的强度等级为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。石灰石硅酸盐水泥的强度等级为32.5、42.5、42.5R、52.5、52.5R五个等级。

12.1.2.2强度等级第十三章水泥与应用

普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥的物理性能指标见表4.6，其强度要求见表4.7。12.1.2.3掺混合材硅酸盐水泥的技术要求第十三章水泥与应用表4.6五大通用水泥物理性能指标

项目指标P·OP·SP·P、P·F、P·C氧化镁（%）水泥氧化镁含量≤5.0；如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁含量允许放宽到6.0熟料中氧化镁含量≤5.0，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁含量允许放宽到6.0。三氧化硫（%）≤3.5≤4.0≤3.5细度(0.080mm方孔筛筛余)(%)≤10.0≤10.0≤10.0第十三章水泥与应用项目指标P·OP·SP·P、P·F、P·C凝结时间（min）初凝时间≥45终凝时间≤390烧失量（%）≤5.0安定性沸煮法检验合格合格合格雷氏夹膨胀(mm)≤5≤5≤5碱(Na2O+0.658K2O)(%)≤0.6或协商指标第十三章水泥与应用表4.7五大通用水泥强度指标

品种强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d283d28普通水泥32.51132.52.55.532.5R1632.53.55.542.51642.53.56.542.5R2142.54.06.552.52252.54.07.052.5R2652.55.07.0第十三章水泥与应用品种强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d283d28矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0第十三章水泥与应用品种强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d283d28复合水泥32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.0第十三章水泥与应用

普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥的性能和应用见表4.8。

12.1.2.4掺混合材硅酸盐水泥的性能和应用第十三章水泥与应用表12.8五大通用水泥的特性和应用范围

水泥品种特性使用范围优点缺点适用于不适用于普通水泥1早期强度较高；2凝结硬化较快；3抗冻性好；4硅酸盐水泥和普通水泥在相同强度等级下，前者3~7d的强度高3%~7%1水化热较高；2抗水性差；3耐酸碱和硫酸盐类的化学侵蚀能力差1一般地上工程和不受侵蚀性作用的地下工程及不受水压作用的工程；2无腐蚀性水中的受冻工程；3早期强度要求较高的工程；4在低温条件下需要强度发展较快的工程，但每日平均气温在4℃以下或最低气温在-3℃以下时，应按冬季施工规定办理1水利工程的水中部分；2大体积混凝土工程；3受化学侵蚀的工程第十三章水泥与应用水泥品种特性使用范围优点缺点适用于不适用于矿渣水泥1对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力及抗水性较好；2耐热性好；3水化热低；4在蒸汽养护中强度发展较快；5在潮湿环境中后期强度增进率较大1早期强度低，凝结较慢，在低湿环境中尤甚；2耐冻性较差；3干缩性大，有泌水现象1地下、水中及海水中的工程以及经常受高水压的工程；2大体积混凝土工程；3蒸汽养护的工程；4受热工程；5代替普通硅酸盐水泥用于地上工程，但应加强养护，亦可用于不常受冻融交替作用的受冻工程1对早期强度要求高的工程；2低温环境中施工而无保温措施的工程第十三章水泥与应用水泥品种特性使用范围优点缺点适用于不适用于火山灰水泥、粉煤灰水泥

1对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力强；2抗水性好；3水化热较低；4在湿润环境中后期强度的增进率较大；5在蒸汽养护中强度发展较快1早期强度低，凝结较慢，在低温环境中尤甚；2耐冻性差；3吸水性大；4干缩性较大1地下、水中工程及经常受高水压的工程；2受海水及含硫酸盐类溶液侵蚀的工程；3大体积混凝土工程；4蒸汽养护的工程；5远距离运输的砂浆和混凝土1气候干热地区或难以维持20~30d内经常湿润的工程；2早期强度要求高的工程；3受冻工程第十三章水泥与应用水泥品种特性使用范围优点缺点适用于不适用于复合水泥

1与所掺混合材料的品种和数量有关，如：矿渣掺量大，其特性接近矿渣水泥，掺火山灰配其他混合材，掺量大，其特性接近火山灰水泥，各类混合材搭配时，其特点接近普通水泥；2复合水泥性能可以通过混合材料相互搭配并调整掺加量予以改善广泛应用于工业和民用建筑工程中第十三章水泥与应用12.2白水泥与彩色水泥

由白色硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥（简称白水泥）。磨制水泥时，允许加入不超过水泥质量5%的石灰石或窑灰作为外加物。12.2.1白色硅酸盐水泥12.2.1.1白色硅酸盐水泥的定义第十三章水泥与应用

硅酸盐水泥通常呈灰黑色，主要是由熟料中氧化铁的含量所引起的，随着氧化铁含量的高低，水泥熟料的颜色就发生变化，如表12.9所示。白色硅酸盐水泥的生产工艺与硅酸盐水泥相似，其区别在于降低熟料中氧化铁的含量。此外对于其他着色氧化物的含量也要加以控制。12.2.1.2白色硅酸盐水泥的生产第十三章水泥与应用表12.9水泥熟料中氧化铁含量与水泥熟料颜色的关系水泥熟料中Fe2O3含量（%）3~40.45~0.700.35~0.45熟料颜色暗灰色淡绿色白色（略带淡绿色）第十三章水泥与应用（1）白色硅酸盐水泥物理化学指标（见表4.10）（2）强度等级白色水泥分32.5、42.5、52.5、62.5四个强度等级，其强度指标见表4.11。（3）白度白水泥按其白度可分为特级、一级、二级、三级四个等级，各级白度不得低于表4.12的数值。（4）白水泥产品等级根据白度等级和强度等级不同，产品等级可分为优等品、一等品、合格品，其标准见表4.13。12.2.1.3白色硅酸盐水泥的技术要求第十三章水泥与应用表12.10白色硅酸盐水泥物理化学指标